Momenteel, lithium-ionbatterijen zijn de meest voorkomende oplossing voor mobiele stroomvoorziening. In sommige toepassingen, echter, het bereikt zijn grenzen. Dit geldt met name voor elektrische mobiliteit, waar lichtgewicht en compacte voertuigen met een grote actieradius gewenst zijn. Lithium-metaalbatterijen kunnen een alternatief zijn. Ze worden gekenmerkt door een hoge energiedichtheid, wat betekent dat ze veel energie per massa of volume opslaan. Nog altijd, stabiliteit is een probleem, omdat de elektrodematerialen reageren met conventionele elektrolytsystemen.

Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) en het Helmholtz Institute Ulm for Electrochemical Energy Storage (HIU) hebben nu een oplossing gevonden. Zoals gemeld in Joule , ze hebben een veelbelovende nieuwe combinatie van materialen gebruikt. Een kobaltarm, nikkelrijke gelaagde kathode (NCM88) bereikt een hoge energiedichtheid. Met de gewoonlijk toegepaste in de handel verkrijgbare organische elektrolyt (LP30), echter, stabiliteit laat veel te wensen over. De opslagcapaciteit neemt af met een toenemend aantal cycli. Professor Stefano Passerini, Directeur van HIU en hoofd van de groep Elektrochemie voor batterijen, legt de reden uit:"In de elektrolyt LP30, deeltjes barsten op de kathode. Binnen deze scheuren, de elektrolyt reageert en beschadigt de structuur. In aanvulling, op de anode vormt zich een dikke mosachtige lithiumhoudende laag." gebruikten de wetenschappers een niet-vluchtige, slecht ontvlambaar, dual-anion ionische vloeibare elektrolyt (ILE) in plaats daarvan. "Met de hulp van ILE, structurele modificaties op de nikkelrijke kathode kunnen aanzienlijk worden verminderd, " zegt Dr. Guk-Tae Kim van de Electrochemistry for Batteries Group van HIU.

Capaciteit 88 procent na 1000 cycli

De resultaten:de lithium-metaalbatterij met de NCM88-kathode en de ILE-elektrolyt bereikt een energiedichtheid van 560 wattuur per kilogram (Wh/kg), gebaseerd op het totale gewicht van de actieve materialen. De initiële opslagcapaciteit is 214 milliampère uur per gram (mAh g ^-1 ) van het kathodemateriaal. Na 1000 cycli, 88 procent van de capaciteit blijft behouden. De gemiddelde Coulomb efficiëntie, d.w.z., de verhouding tussen ontlaad- en laadcapaciteit, bedraagt ​​99,94 procent. Omdat de batterij wordt gekenmerkt door een hoge veiligheid, de onderzoekers hebben een belangrijke stap gezet naar CO2-neutrale mobiliteit.